Transistor Grundlagen

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Transistor Grundlagen
Der Transistor ist ein Halbleiter-Bauelement mit drei Anschlüssen, das
überwiegend als Stromverstärker eingesetzt wird. Wie eine Diode besteht der
Transistor aus N- und P-dotiertem Halbleitermaterial. Aber man verwendet hier
drei Schichten mit zwei dazwischenliegenden Sperrschichten. Die
Schichtenfolge kann NPN oder PNP sein. Hier soll zunächst der NPN-Transistor
betrachtet werden.
Die einzelnen Schichten des Transistors bezeichnet man als Emitter (E), Basis
(B) und Kollektor (C). Wichtig ist, dass die Basisschicht sehr dünn ist. Der
Transistor soll zunächst mit freiem Basisanschluss an eine Stromquelle gelegt
werden, wobei der Emitter mit dem Minuspol verbunden sein soll. Es fließt kein
Strom, weil die Basis-Kollektor-Diode in Sperrrichtung liegt.
Nun soll eine zweite Stromquelle zwischen Basis und Emitter angeschlossen
werden, wobei der Pluspol an der Basis liegt und die Spannung mit etwa 0,6 V
so gering ist, dass nur ein kleiner Strom durch die Basis-Emitter-Diode fließt.
Dabei kann man einen wesentlich größeren Strom beobachten, der vom
Kollektor zum Emitter fließt. Die Erklärung dafür findet sich in der sehr dünnen
Basisschicht. Treten nämlich N-Ladungsträger in die Basis ein, gelangen sie
sofort in das starke elektrische Feld der Basis-Kollektor-Sperrschicht. Die
meisten der Ladungsträger werden zum Kollektor hin abgesaugt. Nur etwa ein
Prozent der Ladungsträger, die vom Emitter ausgehen, gelangen zum
Basisanschluss. Umgekehrt ist also der Kollektorstrom etwa 100 mal größer
als der Basisstrom. Der Kollektorstrom wird über die Basis-Emitter-Spannung
bzw. über den Basisstrom gesteuert.
In der Praxis verwendet man einen Verbraucher im Kollektorstomkreis. Es kann
sich z.B. um eine kleine Glühlampe handeln.
Der Stromverstärkungsfaktor
Eine charakteristische Größe für einen bestimmten Transistor ist sein
Stromverstärkungsfaktor V, also das Verhältnis V=Ic/Ib. Man misst z.B.
Ic=100mA und Ib=1mA. Dann ist V=100. Typische Werte liegen zwischen 10fach und 800-fach. Genaugenommen ist die Stromverstärkung abhängig vom
Kollektorstrom und von der Kollektor-Emitterspannung, sodass sie nur für
einen bestimmten Arbeitspunkt bestimmt werden kann.
(Programm npn2.exe)
Transistor-Kennlinien
Die Tabelle zeigt typische Messergebnisse für einen Kleinsignal-NPNTransistor wie z.B. den BC548. Aus den Werten lässt sich eine
Stromverstärkung von 200 bestimmen. Der Kollektorstrom geht bei IC=4,9mA
in die Sättigung, weil er durch den Arbeitswiderstand begrenzt wird.
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Aufschlussreich ist auch die Abhängigkeit des Kollektorstroms von der BasisEmitterspannung. Der Basisstrom folgt dem Verlauf einer üblichen
Diodenkennlinie. Deshalb zeigt auch der Kollektorstrom einen exponentiellen
Verlauf. Im linearen Maßstab ergibt sich ein Knick bei ca.. Ube=0,5V und ein
steiler Anstieg über Ube=0,6V. )&'*%(
Die Messergebnisse zeigen wieder eine Sättigung des Kollektorstroms bei 4,9
mA, die auf den Kollektorwiderstand zurückzuführen ist. Während der steile
Anstieg für alle Transistoren typisch ist, variiert die genaue Lage der Kurve
sehr stark mit dem Transistortyp und auch zwischen Exemplaren gleichen
Typs.
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